Де́йвид Теодо́р Не́льсон Уи́льямсон ( англ. David Theodore Nelson Williamson , более известен под инициалами D. T. N. Williamson ; 15 февраля 1923 — 10 мая 1992) — британский инженер-механик, работавший в областях точного машиностроения , станкостроения и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Конструктор прецизионных датчиков линейного перемещения для АСУ ТП , автоматизированных металлорежущих станков и обрабатывающих центров c числовым программным управлением . Автор более ста изобретений в области машиностроения, из которых важнейшим является изобретённая и отлаженная Уильямсоном гибкая производственная система («Система 24» ). Член Лондонского королевского общества с 1968 года, популяризатор идей и технологий автоматизации производства .

Уильямсон-радиолюбитель вошёл в историю электроники и звуковоспроизведения как конструктор классического лампового усилителя звуковых частот ( усилителя Уильямсона ) и как соавтор по разработке первого в истории серийного электростатического громкоговорителя .

Биография

Ранние годы

Тео Уильямсон родился в Эдинбурге , в преуспевающей семье ирландского происхождения . Перенеся в раннем детстве туберкулёз , Уильямсон рос болезненным, физически слабым ребёнком. Болезнь преследовала его всю жизнь и в зрелые годы стала причиной раннего ухода на покой и эмиграции .

В 1940 году, окончив престижную частную , Уильямсон поступил на инженерный факультет Эдинбургского университета . За три военных года Уильямсон, с его слов, получил прекрасную подготовку по практическим, прикладным дисциплинам ( сопротивление материалов , гидравлика , тепловые машины ). Хуже обстояло дело с фундаментальными науками : в 1943 году, в разгар войны, Тео провалил экзамен по математике и был отчислен из университета . Попытка устроиться в штат секретного , разрабатывавшего радиолокационные станции , обернулась неудачей: главный кадровик института Си Пи Сноу счёл кандидата неспособным к исследовательской работе . По состоянию здоровья Уильямсон не подлежал призыву в вооружённые силы , и военные власти подыскали ему работу тестировщика радиоламп в компании . Производство ламп Уильямсона не привлекало, и в апреле 1944 года он перешёл в схемотехническую лабораторию . С ведома заведующего лабораторией Уильямсон в свободное время занимался собственными любительскими проектами по разработке усилителей и звукоснимателей ; здесь в течение 1944 года он и создал усилитель звуковых частот, получивший его имя .

В феврале 1946 года Уильямсон, не связанный более обязательствами военного времени, покинул Marconi и перешёл на работу в эдинбургское отделение военно-технической компании Ferranti . От предложений базировавшейся в Лондоне звукозаписывающей компании Decca он отказался, предпочитая вернуться в родной город . Ferranti активно искала способы конверсии накопленных в военное время технологий в гражданские продукты, но потенциальные клиенты были мало заинтересованы в модернизации . Традиционная британская промышленность переживала глубокий спад, основным источником дохода Ferranti оставался военный заказ . Уильямсон в первые годы работы на Ferranti занимался сугубо военными разработками: авиационным сверхзвуковым датчиком скорости и магнитным усилителем для системы управления стартовой катапультой авианосца .

В 1947 и в 1949—1950 годах в журнале для радиолюбителей вышло две серии статей Уильямсона о разработанном им усилителе звуковых частот. Конструкция имела чрезвычайный успех в среде любителей, а в начале 1950-х годов доминировала и в серийном промышленном производстве . Точное количество выпущенных усилителей Уильямсона неизвестно, но счёт шёл как минимум на сотни тысяч . Сборник статей Уильямсона из Wireless World выдержал три издания и переиздавался в США в 1990-е годы . Так, в самом начале карьеры, начинающий инженер без высшего образования стал «тем самым Уильямсоном», хорошо известным и любителям, и профессиональным инженерам по обе стороны Атлантики .

Работы в машиностроении

Система позиционирования Ferranti

В 1950 году Уильямсон занялся первым значительным собственным проектом — разработкой прецизионного датчика линейного перемещения для фрезерных станков компании , занятых в производстве радиолокационных станций . Сложность сверхвысокочастотных волноводов к этому времени возросла до уровня, практически недоступного традиционному производству; руководство Ferranti решило перевести станочный парк на числовое программное управление — для этого и потребовались сверхточные датчики . Поездка в Массачусетский технологический институт в надежде заимствовать уже готовое решение не принесла результата: в точном машиностроении американцы отставали от британцев на пять-десять лет . Британцам был нужен датчик с абсолютной точностью не хуже 5 мкм — на порядок лучше «новейших» технологий MIT . Создание сверхточного датчика на базе дифракционной решётки и системы числового программного управления заняло пять лет. Первые образцы «системы [позиционирования] Ferranti», представленные в 1955 году, обеспечивали требуемую абсолютную точность измерения в 5 мкм при перемещениях до 1,5 м; позже инженеры Ferranti сумели многократно увеличить диапазон измерений, используя систему зеркал . Числовое управление станком осуществлялось специализированным, относительно компактным цифроаналоговым вычислителем по программе, хранимой на магнитной ленте , поскольку универсальные ЭВМ 1950-х годов были для этой задачи слишком дороги и громоздки . В приводах станка, впервые в Великобритании, была применена прецизионная ^* , ранее использовавшаяся лишь в американском автомобилестроении .

Станки с датчиками «системы Ferranti» хорошо продавались на рынке, во многом, благодаря репутации Уильямсона-радиолюбителя. Его имя, само по себе, привлекало новых клиентов . Датчики «системы Ферранти» были абсолютным прорывом; в течение многих лет никто из конкурентов не мог даже приблизиться к результатам, достигнутым группой Уильямсона . Сам же Уильямсон считал вершиной своей работы на Ferranti другую разработку — огромный фрезерный станок с ЧПУ, обрабатывавший монолитные заготовки размером до 3×10 м . В этом станке 1957 года было впервые применено полностью гидравлическое управление перемещением заготовки и фрезы, а сама фреза вращалась со скоростью до 8000 оборотов в минуту — таким образом, всё тепло при резании уходило в стружку , а сама заготовка практически не нагревалась и потому не испытывала тепловое расширение . Заказчиком уникального станка, предназначенного для изготовления силовых элементов боевых самолётов, выступила авиастроительная компания ; позже на нём изготавливались воздухозаборники гражданских авиалайнеров Hawker Siddeley Trident .

Высокоскоростные станки с ЧПУ Molins

В 1960 году Уильямсона перекупил клиент Ferranti — машиностроительная компания , мировой монополист на рынке оборудования для табачной промышленности . Табачный бизнес был Уильямсону не интересен, но Molins предложила ему вчетверо больше, чем была согласна платить Ferranti (и больше, чем получал тогдашний премьер-министр Великобритании ), плюс место в совете директоров и неограниченные полномочия в технологическом переоснащении производства . За десять лет работы главным конструктором Уильямсон сумел увеличить производительность Molins с 1800 до 4000 штук в минуту, реорганизовал и упростил производство комплектующих, запатентовал фундаментальные для табачной отрасли устройства автоматического контроля готовой продукции, но бо́льшую часть времени, как и на Ferranti, отдал проектированию станков с ЧПУ .

Поводом к их постройке стали потребности самой компании Molins . Мелкосерийное производство стальных деталей машин на классических станках было слишком медленно и дорого . Для ускорения производства, считал Уильямсон, следовало заменить сталь лёгкими сплавами , допускавшими значительно бо́льшую скорость резания, и заменить устаревшие универсальные станки новейшими высокоскоростными (30000 оборотов в минуту) станками с ЧПУ и гидравлическими приводами подачи . Удорожание материала, по расчётам Уильямсона, полностью окупалось за счёт удешевления и ускорения обработки . Типичный размер обрабатываемой заготовки в Molins не превышал 300×300×150 мм, поэтому такой станок мог быть намного легче и дешевле универсального. Первые два станка Уильямсона обошлись компании всего в 50 тысяч фунтов . Затем Molins выпустила на внешний рынок установочную партию из пятнадцати станков Уильямсона, два из которых были приобретены французской авиастроительной компанией Aérospatiale и применялись для изготовления узлов « Конкорда » . По инициативе Уильямсона Molins всерьёз сосредоточилась на новом для себя рынке металлорежущих станков; выход на него обещал значительно бо́льшую норму прибыли , но требовал радикального изменения и технологии, и культуры производства . Уильямсону пришлось фактически с нуля выстроить на старых площадях завод нового поколения . Непосредственным продолжением работы по перестройке собственного производства Molins стало главное достижение Уильямсона — гибкая производственная система .

«Система 24»

Устройство цеха «Системы 24» (патентная заявка 1967 года). Слева — ряд станков 101…106, правее него — стеллаж для заготовок и рабочего инструмента 113…117, с подвижным штабелёром 114, правее — зона ручной подготовки заготовок и инструмента

Гибкая производственная линия, построенная по тем же принципам в конце 1980-х годов. Слева — стеллаж для заготовок, в центре — штабелёр-загрузчик на рельсовых направляющих, справа — металлорежущие станки

«Система 24» ( англ. System 24 ) фактически представляла собой компактный, полностью автоматизированный металлообрабатывающий цех, рассчитанный на безостановочную круглосуточную работу . В первую (дневную) смену линию обслуживал квалифицированный персонал, в две другие смены она работала автоматически и автономно, под присмотром лишь дежурного оператора . За четыре года проб и ошибок Уильямсон подобрал оптимальную конфигурацию цеха: в окончательном варианте она состояла из линейки станков, параллельно которой располагалась линейка рабочих мест для ручной подготовки заготовок и инструмента . Между ними располагался также вытянутый в линию стеллаж промежуточного хранения паллетизированных заготовок и рабочих инструментов . Подача и перемещение заготовок и инструментов возлагались на управляемый компьютером штабелёр -загрузчик, перемещавшийся вдоль этого стеллажа по рельсовым направляющим . Ёмкость промежуточного стеллажа была выбрана достаточно большой, чтобы вместить запасы заготовок, готовой продукции и инструмента на восемнадцать часов безостановочной работы . Трёхшпиндельные станки ( обрабатывающие центры ), построенные для работы в составе «Системы 24», отличались неподвижным вертикальным расположением паллеты с заготовкой и подвижным расположением шпинделей — такая конфигурация упрощала автоматическое удаление стружки . Сменные рабочие инструменты монтировались в четырнадцатизарядные , размещавшиеся на стандартных паллетах размером 32×32 см . Каждый обрабатывающий центр вмещал пять магазинов и мог использовать до семидесяти различных инструментов .

Уильямсон сумел убедить в жизнеспособности своей идеи не только руководство Molins, но и государственных чиновников — правительство выделило Molins безвозмездный заём на полмиллиона фунтов стерлингов, позволивший полностью укомплектовать опытный цех новейшим оборудованием . Для его размещения Уильямсон построил в Детфорде особый трёхуровневый цех. В его нижнем, цокольном, этаже размещалось шумное гидравлическое оборудование и система сбора и прессовки стружки . На среднем уровне размещалась сама производственная линия, на верхнем — управляющий ею компьютер и рабочие места программистов . Вычислительную технику и программные решения поставила компания IBM , ставшая крупнейшим спонсором «Системы 24» .

В 1967 году Уильямсон триумфально представил инженерному сообществу ещё не готовую к эксплуатации систему; довести проект до завершения ему было не суждено . В том же 1967 году компанию покинул её многолетний генеральный директор; клиенты компании — табачные предприятия — увеличили свои доли владения Molins и провели решение о смене не только руководителя, но и основ корпоративного управления . Затем семья Молинс, всё ещё владевшая контрольным пакетом фирмы, решила продать его на бирже . « » свелась к ликвидации убыточных и активов, одним из которых, с точки зрения нового руководства, и была ещё не завершённая «Система 24» . Несмотря на заинтересованность британского правительства и IBM, в 1969 году — за полгода до ожидавшегося ввода в эксплуатацию — проект был закрыт . Корпоративные игры надломили и без того слабое здоровье Уильямсона: острый приступ прободной язвы надолго вывел его из строя . В 1973 году, когда Molins приняла решение полностью закрыть станкостроительный бизнес, Уильямсон покинул компанию .

В то же время американские конкуренты, используя новейшие недорогие мини-компьютеры , сумели довести свои гибкие производственные линии до серийного выпуска . Промышленность США начала замещение старых традиционных производств гибкими системами, а около 1977 года конкурентное преимущество перешло к японским станкостроителям . Американцы оспорили два важнейших патента Уильямсона, но после многолетних тяжб суды США подтвердили приоритет Уильямсона и Molins . В 1983—1986 годах патентное бюро США выдало Уильямсону патенты на изобретения двадцатилетней давности ; многомиллионные роялти за их использование достались новым владельцам реорганизованной компании Molins .

Общественная деятельность

В 1968 году Уильямсон был избран действительным членом Лондонского королевского общества . Избрание инженера-практика, не только никогда не занимавшего наукой, но даже не имевшего высшего образования, было беспрецедентным событием — столь высокое значение придавало научное сообщество «Системе 24» .

Уильямсон вошёл в состав учреждённого в 1969 году Промышленного Комитета при Королевском Обществе и, вместе с председателем Комитета Джеймсом Лайтхиллом , активно выступал за бо́льшее представительство инженеров и организаторов промышленности в Обществе . С точки зрения Уильямсона, в Обществе исторически сложилась диспропорция в пользу представителей академической, фундаментальной науки : лишь четверть членов Общества были инженерами или занимались прикладными науками, и лишь 6 % работали непосредственно в промышленности . Под давлением «инженерного лобби» Общество повысило число ежегодно избираемых членов, но наотрез отказалось снижать порог вхождения . В 1971 году, когда Виктор Ротшильд и предложили правительству перевести финансирование науки на контрактную основу, Уильямсон заявил резкое несогласие с реформой . Однако идеи Ротшильда и Дейнтона об увязке финансирования с нуждами экономики и общества он поддержал, а также рекомендовал президенту Общества Алану Ходжкину согласиться с ними, что Ходжкин и сделал .

После закрытия «Системы 24» Уильямсон сосредоточился на анализе промышленного потенциала и перспектив развития Великобритании . В публичных выступлениях 1970-х годов в рамках негосударственного он предсказывал неизбежное угасание британской промышленности. Уильямсон утверждал, что правительство поддерживает торговый баланс страны искусственно, девальвациями , что не может продолжаться бесконечно — не позднее 1990 года Великобритания будет импортировать больше высокотехнологичных товаров, чем производит сама . Уильямсон считал, что американская модель инновационного развития, опирающаяся на инициативу множества быстрорастущих частных компаний, в Великобритании нереализуема . Во-первых, британские финансисты не были готовы давать предпринимателям кредиты, не получая взамен контроля над их бизнесом, во-вторых, в стране отсутствовал рынок субподрядных работ и услуг, а в-третьих, в Великобритании не существовало масштабных государственных программ технологического развития, подобных лунной программе США . Единственным средством замедлить падение, по мнению Уильямсона, было перераспределение инвестиций в пользу производства продуктов с максимальной добавленной стоимостью .

Уильямсон резко критиковал британскую систему высшего образования и был, в целом, невысокого мнения о ней: «Инженерное образование в Великобритании учит лишь основам, и то не в должной мере. Оно не учит применять эти основы [на практике]… большинство преподавателей — нетворческие личности, они не понимают сути [обычного] проектирования, не говоря уже о сложностях проектирования системного … они воспроизводят офисных специалистов по образу и подобию своему.» . Чтобы восполнить системные недостатки высшей школы, Совет по производственным технологиям, в котором с 1972 года председательствовал Уильямсон, учредил программу обмена знаниями ( англ. Teaching Company Scheme , с 2003 года ) для студентов университетов, стажирующихся в негосударственных компаниях . Отвергал Уильямсон и новейшие теории менеджмента , которые настаивали на централизации и «оптимизации» проектных подразделений. Напротив, считал он, лучше всего с проектными задачами справляются компактные, но самодостаточные рабочие группы (Уильямсон называл их «семьями»); следует всячески избегать зависимости этих групп от общекорпоративных . «Ни при каких условиях нельзя передавать составление проектной документации на внутренний субподряд. Общее чертёжное бюро — анахронизм, культивирующий наихудшие ошибки ( англ. worst abuses ) проектирования» .

Радиолюбительские проекты

Уильямсон унаследовал тягу к техническому творчеству от отца — страстного радиолюбителя. С 1932 года Тео экспериментировал с радиоприёмом, в 1938—1939 годах построил усилитель звуковых частот с глубокой отрицательной обратной связью (ООС) . Тогда же он всерьёз заинтересовался популярной в предвоенные годы темой манипуляции динамическим диапазоном звукового сигнала. В мае 1943 года журнал для радиолюбителей впервые опубликовал заметку Уильямсона о выборе оптимальных скоростей атаки и затухания экспандера ; в сентябре 1943 года по инициативе самого журнала Уильямсон опубликовал развёрнутое описание своего экспандера .

Все последующие работы Уильямсона в электронике были связаны с воспроизведением звука. В 1944 году, получив в своё распоряжение первоклассную радиотехническую лабораторию Marconi, он занялся постройкой полностью нового, оригинального звуковоспроизводящего тракта — магнитного звукоснимателя, усилителя звуковой частоты и акустической системы . При поддержке руководства Marconi и экспертов компании Decca Уильямсон достиг качественных показателей высокой верности звуковоспроизведения , реализованных ранее лишь в американских лабораториях RCA и Western Electric . Уильямсон эффективно доказал, что нелинейные искажения ламповой аппаратуры можно эффективно снизить применением глубокой ООС совместно с высококачественным выходным трансформатором, и создал совершенный образец для массового повторения и подражания . Объективные характеристики усилителя Уильямсона стали стандартом, на который ориентировались конструкторы 1950-х годов, и который в ламповую эпоху было практически невозможно превзойти . К маю 1947 года, когда Уильямсон опубликовал в Wireless World подробное описание своей работы, на британском рынке уже существовали две самобытные конструкции УМЗЧ сравнимого качества, но лишь Уильямсон рискнул раскрыть секреты мастерства широкому кругу читателей . Он предложил свою конструкцию не покупателям, а радиолюбителям-самодельщикам, и именно это предопределило её успех . Уильямсон, с одной стороны, задал ориентиры конструкторам аппаратуры, с другой — популяризовал знание и понимание этих ориентиров в среде профессионалов и потребителей . Система качественных показателей высокой верности, заданная Уильямсоном в работах 1947 года, в целом действует и в XXI веке .

Усилитель Уильямсона не принёс его создателю денежных выгод: в конструкции, построенной на базе давно известного , не было ничего, что могло бы претендовать на выдачу патента . В начале 1950-х годов Уильямсон и его друг и деловой партнёр выпустили «авторизованный вариант» усилителя Уильямсона, но из-за высокой себестоимости продавался он плохо. Другой любительский проект Уильямсона 1944 года — магнитный звукосниматель оригинальной конструкции, в котором подвешенный в поле постоянного магнита упругий подвес иглы выполнял функцию датчика её перемещения — был запатентован , а c 1948 года выпускался под названием «ленточного звукоснимателя Ferranti» ( англ. Ferranti Ribbon Pickup ). Менее известно, что Уильямсон был соавтором Уокера в разработке выпускавшегося с 1957 года — первого в истории серийного электростатического громкоговорителя . Quad ESL и полвека спустя выделялся исключительной динамикой, линейностью, отсутствием призвуков и окраски звука, а самое главное — субъективно воспринимаемым качеством звучания . Уокер и Уильямсон сделали исключительный шаг в улучшении качества звуковоспроизведения; в истории звуковой техники найдётся немного столь же значительных инноваций, реализовавшихся в единственном, разработанном в полукустарных условиях, продукте .

Уильямсон, как и Уокер, был воспитан исключительно на классической музыке и считал главной целью конструктора точное и комфортное воспроизведение тембров симфонического оркестра . В интервью 1953 года он говорил: «Мой слух, если так можно сказать, римско-католический. Я слушаю [классические] концерты, танцевальную музыку. Могу раз в день послушать пару диксилендов , [не больше] … наверное, потому, что других у меня и нет» . В начале 1950-х годов Уильямсон считал вполне реальным высококачественное, реалистичное воспроизведение записей инструментальных соло и камерных ансамблей , но не больших оркестров. Он допускал, что с течением времени бытовая аппаратура сможет полноценно воспроизводить динамику симфонического оркестра, но полагал, что создать иллюзию большого зала в обычной комнате в принципе невозможно. «Я бы хотел привнести в бытовую звукотехнику немного здравого смысла … Пусть каждый решит, какого рода иллюзия ему ближе. Лично я предпочитаю, чтобы оркестр звучал так, как его слышно с бокового кресла в заднем ряду…» .

Завершение карьеры. Частная жизнь

В 1951 году Уильямсон женился на сотруднице эдинбургского отделения Ferranti Александре Нилсон (Alexandra J. S. Neilson) . В браке родились две дочери и два сына ; один из них появился на свет в родительском доме Уильямсона на Гилмор-плейс, где семья жила в 1951—1960 годы . После перехода в Molins Уильямсоны переехали в просторный, уединённый дом в Кенте . В подвале дома Уильямсон оборудовал мастерскую, где его сыновья постигали навыки самостоятельной работы так же, как Уильямсон когда-то учился у своего отца .

После ухода из Molins Уильямсон всерьёз собирался уйти на покой: состояние здоровья не позволяло ему полноценно работать в промышленности . От предложений трёх британских университетов возглавить профильные кафедры он наотрез отказался: академическая жизнь была ему чужда, возвращаться в университетскую среду он не желал . В 1974 году, после долгих переговоров, Уильямсон принял предложение компании Xerox и занял в её европейском отделении пост директора по НИОКР . По настоянию Уильямсона, контракт продолжался всего два года; за это время руководимые Уильямсоном инженеры Xerox довели до готовности к серийному выпуску первый цветной копировальный аппарат .

В сентябре 1979 года Уильямсон с супругой переехали из Великобритании в Италию, и обосновались в горах Умбрии , в окрестностях Тразименского озера . Здесь, как и в Кенте, Уильямсон вновь развернул частную мастерскую, где отлаживал приборы для компании из Суссекса , которой руководил его сын . Свою последнюю работу — историю создания и ликвидации «Системы 24» — Уильямсон завершил в марте 1992 года, за два месяца до смерти . Люди, встречавшие Уильямсона в последние годы его жизни, вспоминали, что он до самого конца не соглашался с закрытием «Системы 24» и не простил сделавших это людей .

Примечания

Литература

• Collins P. The Royal Society and the Promotion of Science since 1960. — Cambridge University Press, 2015. — ISBN 9781107029262 .
• Electronics Australia editorial. // . — 1990. — № July. — P. 1—4.
• . // . — 1995. — Vol. 41, № November. — P. 516—532.
• Frankland S. Single-ended vs. Push-pull, part I // . — 1996. — № December. — P. 110—121.
• Forester T. High-tech Society: The Story of the Information Technology Revolution. — MIT Press. — 1987. — 311 p. — ISBN 9780262560443 .
• Hood, J. L. Valve and Transistor Audio Amplifiers. — Newnes, 2006. — P. 229. — ISBN 0750633565 .
• Jones M. Valve Amplifiers (3rd edition). — Newnes, 2003. — ISBN 0750656948 .
• Stinson, P. R. . — 2015.
• Talvage J. Flexible Manufacturing Systems in Practice: Design: Analysis and Simulation. — CRC Press, 1987. — ISBN 9780824777180 .
• Wallace E., Williamson D. T. N. // . — 1953. — № July-August. — P. 32—33, 108—110.